JP2016121777A - ドリルねじ - Google Patents

Abstract

【課題】一端側のドリル部２と他端側の頭部３とこれらの間に設けられたねじ部４とを有し、被締結部材が分厚いときにドリル部２やねじ部４を長く形成させるに際して、締め付けトルクが増大したり締め付けトルク不足が生じたりすることがないようにし、また頭部３が他部材と接触干渉するのを可及的に防止して汎用性を高められるようにする。【解決手段】ドリル部２及びねじ部４は、ねじ部４の外径よりも分厚い被締結部材を含んで設定される総締結距離Ｒと同等以上の長さで形成されており、頭部３とねじ部４との間にはねじ部４側から頭部３裏面側へ向けて拡径するテーパ首部５が形成されており、頭部３はねじ部４の軸方向に対して垂直となる周方向外方へ向けてテーパ首部５の全周で張り出す平坦座面１２を有して形成されており、テーパ首部５の軸方向長さｈはねじ部４の１．５ピッチ以上３ピッチ以下で形成されている。【選択図】図１

Description

本発明はドリルねじに関する。

形鋼と金具、又は形鋼と板材など、複数の素材をボルト等によって締結するに際し（以下、このような素材を「被締結部材」と言う）、これらの被締結部材にわざわざ下孔加工を施工せずとも、穿孔及びタッピングを自ら行いつつ、最終的なねじ止めまでを一気に完結できるようにしたドリルねじは公知である（例えば、特許文献１など参照）。
この種のドリルねじは、一端側に設けられたドリル部と他端側に設けられた頭部とこれらドリル部と頭部との間に設けられたねじ部とを有したものである。

特開２００７−２３９４４２号公報

従来公知のドリルねじにおいて、被締結部材が分厚いものであるときは、ドリル部やねじ部を被締結部材の肉厚と同等以上の長さに形成させておくことが必要となっている。この場合、当然に締結距離（締結する全ての被締結部材に対してドリルねじのねじ部が貫通する距離）も長くなる。そのため、タッピングにより発生する微細な切り屑がねじ部に絡む量も必然的に多くなり、それだけタッピングに要する締め付けトルクも増大することになる。この締め付けトルクの増大傾向は、締結距離が長くなればなるほど（すなわち被締結部材の肉厚が分厚くなればなるほど）顕著となり、甚だしい場合にはねじ止め作業の効率低下に繋がる。

このようなことから、長い締結距離に対応させてドリル部やねじ部を長く形成させたものでは、大きな締め付けトルクを伝達できるように、頭部は六角頭に形成したものしか存在していなかった。しかし、六角頭は軸方向の厚さが分厚くなるので、使用箇所によっては他部材と接触干渉し（要するに、他部材の取り付けに邪魔となり）、その結果、このドリルねじを使用できないことがあった。このような場合では、溶接による接合を採用せざるを得ず、作業効率が甚だ低下するという問題があった。

一方で、タッピングで発生した切り屑の一部は、ねじ部に沿って頭部側へ向けても巻き上げられるようになり、被締結部材の表面に露出して、頭部直下の首部まわりに堆積することがある。そのため、頭部直下の被締結部材に予め大きめの通孔が形成されていない場合（通孔不形成の場合を含む）では、頭部とその直下の被締結部材との間に切り屑が挟まり、規定されるトルクで増締めを行っても被締結部材に対して頭部下面を密着させることができない、といったねじ止め不良（締め付けトルク不足）を起こすおそれもあった。

更に増締め時には、ねじ部が焼き入れによって硬質化されていることから、被締結部材に形成したボルト孔の内面（すなわち、タッピングで形成された雌ねじ部）を頭部下面へ向けて引き寄せるような変形作用が生じる。この作用で、ボルト孔の内面（雌ねじ部のねじ山）が実際に変形するようなことがあると、この変形がねじ部や首部を外周から締め付けるようになるので、この点でも締め付けトルクの増大を助長させることがあった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、ドリルねじにおいて、被締結部材が分厚いものであるときにドリル部やねじ部を長く形成させるに際して、締め付けトルクが増大したり締め付けトルク不足が生じたりすることがないようにし、しかも、頭部が他部材と接触干渉するのを可及的に防止して汎用性を高められるようにしたドリルねじを提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明は次の手段を講じた。
即ち、本発明に係るドリルねじは、一端側に設けられたドリル部と他端側に設けられた頭部とこれらドリル部と頭部との間に設けられたねじ部とを有するドリルねじにおいて、
前記ドリル部及び前記ねじ部はそれぞれの軸方向長さが前記ねじ部の外径よりも分厚い被締結部材を含んで設定される総締結距離と同等以上の長さで形成されており、前記頭部と前記ねじ部との間には当該ねじ部側から頭部裏面側へ向けて拡径するテーパ首部が形成されており、前記頭部は前記ねじ部の軸方向に対して垂直となる周方向外方へ向けて前記テーパ首部の全周で張り出す平坦座面を有して形成されており、前記テーパ首部の軸方向長さは前記ねじ部の１．５ピッチ以上３ピッチ以下で形成されていることを特徴とする。

前記テーパ首部の外面はねじ無し平滑面によって形成されたものとするのがよい。
前記頭部の軸方向に沿った厚さは前記ねじ部の外径に対する半分以下で形成されていると共に、当該頭部の頭頂面には軸方向において前記テーパ首部内へ及ぶ深さで上方開放の工具係合凹部が形成されたものとするのが好適である。
前記テーパ首部は、前記ねじ部寄りの最小径が当該ねじ部の軸径と同等とされており前記頭部の平坦座面に接する位置にて前記ねじ部の外径よりも径大な最大径に形成されたものとするのが好適である。

本発明に係るドリルねじは、被締結部材が分厚いものであるときにドリル部やねじ部を長く形成させるに際して、締め付けトルクが増大したり締め付けトルク不足が生じたりすることがなく、しかも、頭部が他部材と接触干渉するのを可及的に防止して汎用性を高められる。

本発明に係るドリルねじの第１実施形態を示した側面図である。 図１のＡ−Ａ線矢視図である。 本発明に係るドリルねじの第１実施形態において被締結部材への穿孔状況を示した側断面図である。 図５のＡ−Ａ線断面図（被締結部材への締結状態を示した側断面図）である。 本発明に係るドリルねじの使用例を示した分解斜視図である。 本発明に係るドリルねじの第２実施形態を示した側面図である。

以下、本発明の実施の形態を、図面に基づき説明する。
図１及び図２は、本発明に係るドリルねじ１の第１実施形態を示している。このドリルねじ１は、軸方向の一端側（図１右側）に設けられたドリル部２と、他端側（図１左側）に設けられた頭部３と、これらドリル部２と頭部３との間に設けられたねじ部４とを有している。加えて、このドリルねじ１は、頭部３とねじ部４との間に設けられたテーパ首部５を有している。

各部の概要は次のようになっている。すなわち、ねじ部４は、螺合時にタッピングネジとしての作用を奏するものとして形成されている。ねじ部４の外径ｄ１（ねじ山の位置での外径）や谷径ｄ２，リード角等は、被締結部材の材質や肉厚などに応じて適宜設定すればよい。
ドリル部２は、このねじ部４から円柱状に延出してその先端を三角錐状に尖らせたものである。このドリル部２には、先端から円柱状外周面にかけて溝状にえぐったドリル溝７が、少なくとも周方向に１本、好ましくは２本形成されており、このドリル溝７の一方の（回転方向において後流側となる方の）縁部に、互いに連続する切れ刃８及びリーマ刃９が形成されている。

テーパ首部５は、ねじ部４側から頭部３の裏面側へ向けて次第に拡径するようにして形成されたものである。従って、テーパ首部５は頭部３の裏面に接続される位置で最も径大となるが、この位置での最大径ｄ３は、ねじ部４の外径ｄ１よりも更に径大となるように形成されている。反対に、テーパ首部５はねじ部４に接続される位置で最も径小となるが、この位置での最小径ｄ３は、ねじ部４の軸径と同等（径小方向及び径大方向における小数点以下の微差は含める）となるように形成されている。

ここにおいて「ねじ部４の軸径」は、ねじ部４を形成する前の素材径を言うものとする
。すなわち、テーパ首部５とねじ部４との間には、製造上、ねじ山の形成されないねじ無し部が必ず（短いながらも）残存することになり、このねじ無し部の直径としての「軸径」をテーパ首部５の最小径とおくのが妥当だからである。なお、テーパ首部５とねじ部４との間に、意図的にねじ無し部（ストレートの首部）を形成させることも可能であり、このような場合も、軸径をテーパ首部５の最小径とおくのが好都合と言える。

このテーパ首部５の外面にねじ山は形成されておらず平滑面として形成されている。要するに、このテーパ首部５はねじ部４とは異なって、タッピング作用や締結作用は有していない。
頭部３は、ねじ部４の軸方向に対してその周方向外方へ向けて全周で張り出して形成されたものである。言うまでもなく、頭部３の外径ｄ４はテーパ首部５の最大径ｄ３を超えたものとされている。頭部３においてテーパ首部５から張り出す部分の下面は、ねじ部４の軸方向に対して垂直を成す方向とされており、なお且つ、円環状の平坦座面１２として形成されている。

前記したように、テーパ首部５は頭部３へ向けて次第に拡径化されているので、頭部３に形成された平坦座面１２とテーパ首部５の外周面との交差角は、直角より広い鈍角となっている。そのため、この交差角周部ではドリルねじ１を製造する際の冷間転造時に加工硬化が生じ難く、頭部３の折損不良（歩留まり低下）などに繋がるおそれはない。また、ドリルねじ１の使用に際して高トルクの締め込みを行った場合でも、この交差角部分で応力集中が起こり難く、頭部３の折損を抑制できる利点がある。

この頭部３には、ねじ部４の軸方向に垂直な頭頂平面１３が形成されており、この頭頂平面１３に対して上方開放の工具係合凹部１４が形成されている。この工具係合凹部１４は、本第１実施形態ではプラスビットやプラスドライバー等に対応させた十文字型の凹部としてある。この他、マイナスビット等に対応させた一文字型の凹部や、六角ビット等に対応させた六角凹部などとしてもよい。

なお、この工具係合凹部１４は、頭部３の頭頂平面１３から軸方向に向けた形成深さＤが、テーパ首部５の内部まで及ぶ寸法として形成されている。このようにしても、テーパ首部５が頭部３寄りで径大化されたものである（工具係合凹部１４の周辺に充分な肉厚を確保してある）ことから、ねじ部４と頭部３との間での強度低下は生じない。そのため、この形成深さＤを充分に確保して、工具係合凹部１４に対する工具の係合面積を増大させることができる。これにより本発明のドリルねじ１は、工具（ドリルビット等）に対するカムアウトの防止を図ったり、高トルク締め付けを可能にしたりする効果が得られる。

このドリルねじ１は、冷間転造によってねじ山を形成した後、浸炭、焼入、焼戻し等を施し、更に必要に応じて表面処理（メッキ処理やその後のベーキング処理、クロメート処理など）を行って製造する。
ところで、このドリルねじ１は、例えば図５に例示するように、折板屋根２０で屋根葺きするような簡易タイプの建物等を建設するに際し、水平に架設したＨ形鋼２１の上に、折板屋根２０支持用のタイトフレーム２２を固定する目的で使用することができる。この使用例では、図３及び図４に示すように、Ｈ形鋼２１のフランジ２５と、このフランジ２５上面に重ね合わせるタイトフレーム２２の下板２６とに対してドリルねじ１を貫通状に螺合させることで、Ｈ形鋼２１に対するタイトフレーム２２の締結を行うことになる。

ここにおいて、Ｈ形鋼２１のフランジ２５及びタイトフレーム２２の下板２６は、いずれもドリルねじ１のねじ部４が貫通する「被締結部材」に該当する。また、Ｈ形鋼２１のフランジ２５の肉厚に、タイトフレーム２２の下板２６の肉厚を加えた寸法が、総締結距離Ｒ（図４参照）となる。
このような使用例において、本発明に係るドリルねじ１は、ねじ部４の外径ｄ１として呼び径で６ｍｍ又は５ｍｍのものを用いるのが好適である。すなわち、Ｈ形鋼２１のフランジ２５はねじ部４の外径ｄ１よりも分厚く、従って当然に、総締結距離Ｒもねじ部４の外径ｄ１よりも大きいことになる。

なお、タイトフレーム２２には下板２６に対して上下に貫通する孔２７が形成されたものや、孔２７が不形成のものなど、種々ある。この孔２７は、Ｈ形鋼２１の代わりに肉厚
の薄いチャンネル材（Ｃ形条材）や木材が使用される場合に、一般的に市販されている軸径の細いタッピングねじや木ネジ等を挿通するのに利用される。しかしながら、図５に例示する建物等で使用するＨ形鋼２１は、フランジ２５の肉厚が１０ｍｍを超えるような大型のものが多い。従って総締結距離Ｒが１５ｍｍを超えることも珍しくない。

それ故、市販のタッピングねじや木ネジ等による固定は不可能である。そこで一般的には、専ら、下板２６の孔２７を利用してＨ形鋼２１に溶接を行っているのが実情である。なお、特許文献１で示した六角頭付きドリルねじの使用は、前述の各種問題がネックとなり（殊に六角頭が折板屋根２０の取り付けに邪魔となることが原因となって）、不採用となっていたのである。

本発明に係るドリルねじ１は、前記したように一端部にドリル部２を有しているため、タイトフレーム２２の下板２６はもとより、Ｈ形鋼２１のフランジ２５に対してわざわざ下孔加工を施工せずとも、穿孔及びタッピングを自ら行いつつ、最終的なねじ止めまでを一気に完結できるものである。
ここにおいて、ドリル部２の軸方向長さＬ２は、少なくともＨ形鋼２１のフランジ２５の肉厚を超えるものとするのが好適であり、更に好ましくは総締結距離Ｒと同等以上の長さで形成するのが好適である。本第１実施形態では、総締結距離Ｒが１４〜１５ｍｍの場合を想定してＬ２＝１５ｍｍとした。

またねじ部４の軸方向長さＬ１についても総締結距離Ｒよりも長く形成するのが好適である。本実施形態では介在物を挟み込む場合にも対応できるように、余裕をもたせてＬ１＝３５ｍｍとした。
テーパ首部５の軸方向長さｈは、ねじ部４の１．５ピッチ以上（ピッチの１．５倍を含んでそれより大きく）３ピッチ以下（ピッチの３倍を含んでそれより小さく）で形成されている。ピッチは、隣り合うネジ山間の軸方向距離である（図１中の符号Ｐ）。

ｈ＜１．５ピッチとした場合は、タッピングにより発生した微細な切り屑がねじ部４に沿って頭部３側へ巻き上げられたときに、テーパ首部５まわりで堆積し、その結果、規定されるトルクで増締めを行ったとしても、頭部３の平坦座面１２をタイトフレーム２２の下板２６等に対して密着させることができない、といったねじ止め不良（締め付けトルク不足）を起こすおそれがある。またタッピングで形成された雌ねじ部が増締め時に頭部３側へ向けて変形したときにも、この変形を吸収できず、テーパ首部５を外周から締め付けて、締め付けトルクの増大を助長するおそれも生じる。

反対に、３ピッチ＜ｈとした場合は、テーパ首部５がタイトフレーム２２の下板２６等の肉厚を超えてしまい、場合によってはＨ形鋼２１のフランジ２５側へもはみ出すようになって、その結果、Ｈ形鋼２１のフランジ２５に対してねじ部４が充分に螺合しない問題に繋がることがある。
なお、本第１実施形態では、タッピング時における締め付けトルクの軽減化を目指して、ねじ部４のピッチを、通常のＭ６ボルト（呼び径が６ｍｍのＪＩＳ規格のメートル並目ねじ）と同じ１ｍｍに設定した。そこで、テーパ首部５の軸方向長さｈは２ｍｍとした。

頭部３については、本第１実施形態ではその軸方向に沿った厚さＢをねじ部４の外径ｄ１に対する半分以下で形成した。このようにすることで、タイトフレーム２２の下板２６上に折板屋根２０を固定したときに、この下板２６上で突出している頭部３が折板屋根２０と接触干渉することがないようにできる。それだけ、ドリルねじ１としての汎用性を高めることができる。

図６は、本発明に係るドリルねじ１の第２実施形態を示している。本第２実施形態のドリルねじ１では、ねじ部４をその外周部及び軸方向に沿って螺旋状に取り巻く螺旋溝３０を設けてある。この螺旋溝３０は、ネジ山の一部を切断して、この切断箇所をねじ部４のまわりで螺旋配置となるように繋げたものである。この螺旋溝３０を設けることで、タッピング時に生じる微細な切り屑を効率よく排除する効果や、タッピング作用を促進させる効果が得られる。

本第２実施形態におけるその他の構成、作用効果等は第１実施形態と略同様であるため、同一作用を奏するものに同一符号を付することをもって、ここでの詳説は省略する。
ところで、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、実施の形態に応じて適宜変更可能である。
例えば、頭部３に頭頂平面１３を形成させることは限定されるものではなく、ナベ型、トラス型、丸型などとしてもよい。また、場合によってはその外周面に二面幅を取って六角頭などに形成してもよい。

ドリル部２やねじ部４の外径、長さなどは、被締結部材の厚さなどに関連する限定事項を満足させたものであれば、その他は適宜変更可能である。頭部３やテーパ首部５についても同様である。

１ ドリルねじ
２ ドリル部
３ 頭部
４ ねじ部
５ テーパ首部
７ ドリル溝
８ 切れ刃
９ リーマ刃
１２ 平坦座面
１３ 頭頂平面
１４ 工具係合凹部
２０ 折板屋根
２１ Ｈ形鋼
２２ タイトフレーム
２３ フランジ
２６ 下板
２７ 孔
３０ 螺旋溝

Claims (4)

1. 一端側に設けられたドリル部と他端側に設けられた頭部とこれらドリル部と頭部との間に設けられたねじ部とを有するドリルねじにおいて、
   前記ドリル部及び前記ねじ部はそれぞれの軸方向長さが前記ねじ部の外径よりも分厚い被締結部材を含んで設定される総締結距離と同等以上の長さで形成されており、
   前記頭部と前記ねじ部との間には当該ねじ部側から頭部裏面側へ向けて拡径するテーパ首部が形成されており、
   前記頭部は前記ねじ部の軸方向に対して垂直となる周方向外方へ向けて前記テーパ首部の全周で張り出す平坦座面を有して形成されており、
   前記テーパ首部の軸方向長さは前記ねじ部の１．５ピッチ以上３ピッチ以下で形成されている
   ことを特徴とするドリルねじ。
2. 前記テーパ首部の外面はねじ無し平滑面によって形成されていることを特徴とする請求項１記載のドリルねじ。
3. 前記頭部の軸方向に沿った厚さは前記ねじ部の外径に対する半分以下で形成されていると共に、当該頭部の頭頂面には軸方向において前記テーパ首部内へ及ぶ深さで上方開放の工具係合凹部が形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のドリルねじ。
4. 前記テーパ首部は、前記ねじ部寄りの最小径が当該ねじ部の軸径と同等とされており前記頭部の平坦座面に接する位置にて前記ねじ部の外径よりも径大な最大径に形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のドリルねじ。

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